弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置制造方法及图纸

弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，属于拟人机器人手技术领域。该装置包括第一指段、第二指段、欠驱动关节、电机、传动机构、锁定机构和第一簧件；传动机构包括腱绳和绕线筒；锁定机构包括棘轮摆杆、棘爪、转轴和第二簧件。该装置采用气动方式实现自适应欠驱动效果；采用棘轮棘爪实现单向弯曲，防止在反作用面撤离或振动干扰时物体松脱；采用簧件变形产生第二指段对物体施加稳定抓持力，达到形封闭与力封闭抓取；采用电机解除棘爪对棘轮的约束，释放物体；该装置结构简单，体积小，质量小，制造和维护成本低，与人手的手指相似。

【技术实现步骤摘要】
弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置
本专利技术属于拟人机器人手
，特别涉及一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人手作为拟人机器人的输出终端，被越来越多的机器人研究者所重视。在机器人学领域有两大类机器人手:灵巧手和欠驱动手，它们分别基于主动控制和欠驱动两种不同的驱动方式。灵巧手外形和动作极似人手，可以在复杂控制算法和机构的综合作用下，灵活地完成人手所能完成的多数动作，但是灵巧手价格昂贵，制造控制难度大，维护难度大。欠驱动手可以自适应抓取物体，控制难度小、维护简单、装置稳定。已有的一种气动式主动驱动的多指多关节机器人手装置(专利技术专利CN101402200A)，其中每个关节采用气动柔性驱动器实现手指的弯曲。该装置的不足之处为:该装置由于采用气力主动驱动各手指各关节的转动，使得该手体积大、质量大、制造成本高、控制难度大，不能自适应抓取物体，必须依赖很复杂的控制才能实现对不同尺寸形状物体的抓取。已有一种气动式欠驱动机器人手指装置(专利技术专利CN101733758B)，包括第一、二指段和欠驱动关节。欠驱动关节包括主动滑块、关节轴、两个气动柔性件和簧件；主动滑块镶嵌在第一指段中；关节轴套接在第一指段中，第二指段套固在关节轴上；第一气动柔性件设置在第一指段与主动滑块之间；第二气动柔性件设置在第一与第二指段之间；第一、第二气动柔性件通过第一指段通孔相通。该装置能够在物体挤压主动滑块的过程中，利用物体挤压力通过气动方式驱动第二指段绕关节轴转动，但是，该装置在物体不挤压主动滑块时，第二指段将回复伸直的初始状态，因此该装置无法实施在抓取过程中反作用面撤销的物体抓取。例如一个物体放置在桌面上，当安装在机械臂上的手指靠向物体，物体会挤压主动滑块导致手指弯曲，但是当机械臂离开桌面时，手指的弯曲不能保持，于是物体脱落，抓取失败。另一方面该装置在抓取物体时虽然达到了外形上的一种自适应包络效果，但是没有产生抓持力，从而并未实现力封闭稳定抓取，只有同时具有形状封闭和力封闭两种包络才能达到稳定的抓持。在只有形状封闭时，如果遇到振动干扰，物体在某时刻对主动滑块的挤压力突然减小，就会导致第二指段迅速放开物体，产生失稳现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置。该装置可以安装到机械臂上，配合机械臂的主动运动实施反作用面撤离的物体抓取，具有对所抓物体的形状、大小的自适应能力，抓取物体达到形状封闭和力封闭的稳定抓取，防止在抓取过程中因为振动干扰导致失稳现象，该装置结构简单，体积小，质量小，制造和维护成本低，与人手的手指相似。本专利技术采用如下技术方案:本专利技术提供的一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，包括第一指段、第二指段和设置在两者之间的欠驱动关节；所述的欠驱动关节包括主动滑块、关节轴、第一气动柔性件和第二气动柔性件；所述的关节轴活动套设在第一指段中，第二指段固定套接在关节轴上，所述的主动滑块镶嵌在第一指段中；所述的第一指段中设有通孔；所述的第一气动柔性件和第二气动柔性件均包括第一端盖、第二端盖和伸缩件，所述的伸缩件两端分别与第一端盖、第二端盖密封连接，所述的第一端盖上设有一个通孔，所述的伸缩件采用可轴向伸缩和轴向弯曲且中空的筒状材料制成；所述的第一气动柔性件的第一端盖与第一指段密封连接，第一气动柔性件的第二端盖与主动滑块固定连接；所述的第二气动柔性件的第一端盖与第一指段密封连接；所述的第一指段中的通孔的两端分别与第一气动柔性件的通孔、第二气动柔性件的通孔相连通；其特征在于:该装置还包括电机、传动机构、锁定机构和第一簧件；所述传动机构包括减速器、腱绳和绕线筒；所述锁定机构包括棘轮摆杆、棘爪、转轴和第二簧件；所述棘轮摆杆包括固接在一起的棘轮和摆杆；第二气动柔性件通过第二端盖与棘轮摆杆的摆杆固定连接；所述电机固接在第一指段中，电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述绕线筒固定套接在减速器的输出轴上，所述腱绳的两端分别连接绕线筒和棘爪；所述棘爪活动套接在转轴上，所述转轴固定套设在第一指段中，所述棘爪与棘轮摆杆的棘轮啮合，所述棘轮摆杆活动套接在关节轴上，所述第一簧件的两端分别连接棘轮摆杆和第二指段；所述第二簧件的两端分别连接棘爪和第一指段。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件采用风箱式伸缩件，所述的风箱式伸缩件为轴向伸缩和轴向弯曲的手风琴风箱结构；所述的第二气动柔性件的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括第一橡胶管和第一弹簧丝，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件和第二气动柔性件的伸缩件均采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括第一橡胶管和第一弹簧丝，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括第一橡胶管和第一弹簧丝，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中；所述的第二气动柔性件的伸缩件采用套簧丝橡胶管，该套簧丝橡胶管包括第二橡胶管和第二弹簧丝，所述的第二弹簧丝是沿着第二橡胶管的径向螺旋密绕在第二橡胶管的外壁上，所述的第二弹簧丝的两端分别连接第二气动柔性件的第一端盖和第二端盖。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括第一橡胶管和第一弹簧丝，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中；所述的第二气动柔性件的伸缩件采用采用风箱式伸缩件，所述的风箱式伸缩件为轴向伸缩和轴向弯曲的手风琴风箱结构。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件采用套簧丝橡胶管，该套簧丝橡胶管包括第二橡胶管和第二弹簧丝，所述的第二弹簧丝是沿着第二橡胶管的径向螺旋密绕在第二橡胶管的外壁上，所述的第二弹簧丝的两端分别连接第一气动柔性件的第一端盖和第二端盖；所述的第二气动柔性件的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括第一橡胶管和第一弹簧丝，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件和第二气动柔性件的伸缩件均采用套簧丝橡胶管，该套簧丝橡胶管包括第二橡胶管和第二弹簧丝，所述的第二弹簧丝是沿着第二橡胶管的径向螺旋密绕在第二橡胶管的外壁上，所述的第二弹簧丝的两端分别连接第一气动柔性件的第一端盖和第二端至JHL ο本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件的伸缩件采用套簧丝橡胶管，该套簧丝橡胶管包括第二橡胶管和第二弹簧丝，所述的第二弹簧丝是沿着第二橡胶管的径向螺旋密绕在第二橡胶管的外壁上，所述的第二弹簧丝的两端分别连接第一气动柔性件的第一端盖和第二端盖；所述的第二气动柔性件的伸缩件采用风箱式伸缩件为轴向伸缩和轴向弯曲的手风琴风箱结构。本专利技术所述的弯曲自锁气动欠驱动机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，包括第一指段（1）、第二指段（2）和设置在两者之间的欠驱动关节；所述的欠驱动关节包括主动滑块（4）、关节轴（5）、第一气动柔性件（6）和第二气动柔性件（7）；所述的关节轴（5）套设在第一指段（1）中，所述第二指段（2）固定套接在关节轴（5）上；所述的主动滑块镶嵌在第一指段中，所述的第一气动柔性件（6）和第二气动柔性件（7）均包括第一端盖、第二端盖和轴向弯曲的伸缩件，且第一气动柔性件（6）中的伸缩件和第二气动柔性件（7）中的伸缩件的轴线相互垂直；所述的第一气动柔性件（6）通过第一端盖（71）与第一指段（1）连接，第一气动柔性件（6）通过第二端盖（72）与主动滑块（4）固定连接；所述的第二气动柔性件（7）通过第一端盖（71）与第一指段（1）连接，所述的第一指段中设有通孔（11）；所述的第一气动柔性件（6）和第二气动柔性件（7）通过第一指段（1）中的通孔（11）相连通；其特征在于：该装置还包括电机（31）、传动机构、锁定机构和第一簧件（34）；所述传动机构包括减速器（321）、腱绳（322）和绕线筒（323）；所述锁定机构包括棘轮摆杆（331）、棘爪（332）、转轴（333）和第二簧件（334）；所述棘轮摆杆（331）包括固接在一起的棘轮和摆杆；第二气动柔性件（7）通过第二端盖（72）与棘轮摆杆（331）的摆杆固定连接；所述电机（31）固接在第一指段（1）中，电机（31）的输出轴与减速器（321）的输入轴相连，所述绕线筒（323）固定套接在减速器（321）的输出轴上，所述腱绳（322）的两端分别连接绕线筒（323）和棘爪（332）；所述棘爪（332）活动套接在转轴（333）上，所述转轴（333）固定套设在第一指段（1）中，所述棘爪（332）与棘轮摆杆（331）的棘轮啮合，所述棘轮摆杆（331）活动套接在关节轴（5）上，所述第一簧件（34）的两端分别连接棘轮摆杆（331）和第二指段（2）；所述第二簧件（334）的两端分别连接棘爪（332）和第一指段（1）。...

【技术特征摘要】
1.一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，包括第一指段(1 )、第二指段(2)和设置在两者之间的欠驱动关节；所述的欠驱动关节包括主动滑块(4)、关节轴(5)、第一气动柔性件(6)和第二气动柔性件(7);所述的关节轴(5)套设在第一指段(1)中，所述第二指段(2)固定套接在关节轴(5)上；所述的主动滑块镶嵌在第一指段中，所述的第一气动柔性件(6)和第二气动柔性件(7)均包括第一端盖、第二端盖和轴向弯曲的伸缩件，且第一气动柔性件(6)中的伸缩件和第二气动柔性件(7)中的伸缩件的轴线相互垂直；所述的第一气动柔性件(6)通过第一端盖(71)与第一指段(1)连接，第一气动柔性件(6)通过第二端盖(72)与主动滑块(4)固定连接；所述的第二气动柔性件(7)通过第一端盖(71)与第一指段(1)连接，所述的第一指段中设有通孔(11);所述的第一气动柔性件(6)和第二气动柔性件(7)通过第一指段(1)中的通孔(11)相连通；其特征在于:该装置还包括电机(31)、传动机构、锁定机构和第一簧件(34);所述传动机构包括减速器(321)、腱绳(322)和绕线筒(323);所述锁定机构包括棘轮摆杆(331)、棘爪(332)、转轴(333)和第二簧件(334);所述棘轮摆杆(331)包括固接在一起的棘轮和摆杆；第二气动柔性件(7)通过第二端盖(72)与棘轮摆杆(331)的摆杆固定连接；所述电机(31)固接在第一指段(1)中，电机(31)的输出轴与减速器(321)的输入轴相连，所述绕线筒(323)固定套接在减速器(321)的输出轴上，所述腱绳(322)的两端分别连接绕线筒(323)和棘爪(332);所述棘爪(332)活动套接在转轴(333)上，所述转轴(333)固定套设在第一指段(1)中，所述棘爪(332)与棘轮摆杆(331)的棘轮啮合，所述棘轮摆杆(331)活动套接在关节轴(5 )上，所述第一簧件(34 )的两端分别连接棘轮摆杆(331)和第二指段(2);所述第二簧件(334)的两端分别连接棘爪(332)和第一指段(1)。2.如权利要求1所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件(6)的伸缩件采用风箱式伸缩件(75)，所述的风箱式伸缩件(75)为轴向伸缩和轴向弯曲的手风琴风箱结构；所述的第二气动柔性件(7)的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管(73)，该嵌簧丝橡胶管(73)包括第一橡胶管(731)和第一弹簧丝(732)，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中。3.如权利要求1所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件(6)的伸缩件和第二气动柔性件(7)的伸缩件均采用嵌簧丝橡胶管(73)，该嵌簧丝橡胶管(73)包括第一橡胶管(731)和第一弹簧丝(732)，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中。4.如权利要求1所述的弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述的第一气动柔性件(6 )的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管(73 )，该嵌簧丝橡胶管(73 )包括第一橡胶管(731)和第一弹簧丝(732)，所述的第一弹簧丝是沿着第一橡胶管的径向螺旋密绕在第一橡胶管的内壁中；所述的第二气动柔性件(7)的伸缩件采用套...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨韵芳，张文增，孙振国，都东，陈强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：